Дальнейший прогресс технологии бетона и железобетона сегодня справедливо связывают с разработкой и внедрением комплексных химических добавок. По существу, речь идет о химическом управлении свойствами и технологией бетона. Введение в состав бетонной смеси небольшого количества различных химических добавок позволяет в широких пределах изменить ее реологические свойства, прочностные и эксплуатационные характеристики бетона и железобетона.
Основной целью настоящей работы было на основе сравнительных результатов по характеристикам бетона с суперпластификаторами, установить их влияние на деформативные свойства бетона с тем, чтобы правильно прогнозировать эти свойства и при необходимости изменять их в нужном направлении.
Очевидно, чтобы придать строительному раствору хорошую подвижность без применения суперпластификатора, необходимо увеличивать количество воды затворения. Такое решение приводит, в первую очередь, к потере прочности на сжатие в возрасте 28 суток, а также к увеличению капиллярной пористости затвердевшего раствора вследствие испарения избыточной воды, что в конечном итоге снижает морозостойкость затвердевшего раствора.
При производстве высоко армированных, дорожного, аэродромного и гидротехнического строительства используют жесткие бетонные смеси, которые, благодаря низкому содержанию воды, дают большую прочность. Однако при использовании жестких бетонных смесей возникает вопрос о том, как плотно уложить такую смесь. Решение данной проблемы стало появление добавок пластификаторов. Их использование позволяет: повысить подвижность бетонной смеси, морозостойкость, водонепроницаемость и прочность бетона и экономить цемент без потери прочности.
Одним из перспективных направлений повышения эффективности и качества материалов на основе минеральных вяжущих веществ является применение химических добавок. Их введение позволяет регулировать и управлять свойствами бетонов и растворов. Ведущее место среди химических добавок, применяемых в технологии бетона, занимают суперпластификаторы(СП) бетонных смесей.
В России в соответствии с ГОСТ 24211-2003 суперпластификаторы относятся к пластифицирующим добавкам 1-ой группы, обеспечивающим увеличение подвижности бетонной смеси от П1 с обеспечением осадки конуса 2-4 см до П5 без снижения прочности бетона во все сроки испытания.
Различают суперпластификаторы, искусственно синтезированные и полученные в результате переработки сырья животного происхождения. В качестве суперпластификаторов животного происхождения используют казеин. Однако в настоящее время применение казеина, в силу ряда причин, ограничено во многих европейских странах, и поэтому в данной статье основное внимание уделено искусственно синтезированным суперпластификаторам.
Суперпластификаторы представляют собой анионактивные органические вещества коллоидного размера с большим количеством полярных групп в цепи. Эффективность суперпластификаторов зависит от структуры, наличия и вида функционально активных групп, их расположения в молекулах, длины и формы цепей, молекулярной массы.
Такие добавки, находясь в адсорбированном на зернах цемента и новообразованиях состоянии, создают «стерический» эффект отталкивания. Этот эффект, обусловленный формами цепей и характером зарядов на поверхности зерен цемента и гидратов, является причиной длительного сохранения жизнеспособности бетонных и растворных смесей.
Такое механическое действие суперпластификаторов в 3…4 раза повышает подвижность бетонной смеси.
В зависимости от химической основы различают следующие виды суперпластификаторов:
— суперпластификаторы на основе сульфированных меламинофор-мальдегидных соединений и комплексов на их основе;
— суперпластификаторы на основе сульфированных нафталинформальдегидных соединений и комплексов на их основе;
— суперпластификаторы на основе модифицированных лигносульфанатов;
— суперпластификаторы на основе водорастворимых карбоксилатных полимеров.
Первые три вида известны с самого начала промышленного применения суперпластификаторов, поэтому их часто называют традиционными.
Механизм действия традиционных суперпластификаторов упрощенно можно представить следующим образом. Так как суперпластификаторы относятся к поверхностно активным веществам, то их основное свойство заключается в том, что молекулы таких веществ адсорбируются на поверхности частиц цемента и формирующихся новообразований, образуя тончайший моно-или бимолекулярный слой, при этом уменьшается межфазовая энергия сцепления и облегчается дезагрегация частиц. Вместе с тем освобождается иммобилизированная вода, которая играет роль пластифицирующей смазки. Кроме того, адсорбированный слой сглаживает микрошероховатость частиц, уменьшая тем самым коэффициент трения между частицами.
И, наконец, создание одноименного электрического заряда в результате адсорбции суперпластификатора на поверхности частиц твердой фазы исключает возможность их сцепления за счет электростатических сил и тем самым снижает вязкость суспензии. В процессе гидратации с ростом кристаллов новообразований постепенно прекращается отталкивающие действие одноименного электрического заряда и строительный раствор теряет подвижность.
В отличие от традиционных суперпластификаторов, действие суперпластификаторов четвертого вида ввиду особенностей структуры используемых полимеров, в основном базируется на стерическом эффекте, благодаря которому снижается трение компонентов суспензии строительного раствора.
Такие суперпластификаторы во многих зарубежных странах называют сверхсупер или гиперплатификаторами. Данный вид суперпластификаторов разработан в девяностых годах и достаточно широко используется в европейских странах и Японии.
Применение различных видов суперпластификаторов в растворах при одинаковом водоцементном отношении способствует увеличению их подвижности по сравнению с контрольным составом без суперпластификатора. Однако с течением времени данный эффект уменьшается или происходит его полное прекращение. Различная продолжительность пластифицирующего эффекта при прочих равных условиях зависит в первую очередь от строения молекул различных суперпластификаторов и их принципов действия.
Действие суперпластификаторов ограничивается 2…3 ч с момента их введения и после первоначального замедления процессов гидратации и образования коагуляционной структуры наступает ускорение твердения бетона. Это объясняется тем, что адсорбционный слой добавки на поверхности зерен цемента проницаем для воды, а дефлокулирующее действие ПАВ увеличивает поверхность контакта